專利名稱：一種電爐粉塵制備金屬鐵及鋅/氧化鋅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢棄物再資源化利用領(lǐng)域，特別是提供一種以電爐粉塵為原料分 別制備金屬鐵及鋅/氧化鋅的方法。
背景技術(shù)：
我國鋼鐵廠每年要產(chǎn)生大量粉塵，主要包括高爐瓦斯泥、電爐粉塵、轉(zhuǎn)爐二次粉塵 等。按目前我國電爐煉鋼的一般水平，電爐粉塵大約是出鋼量的1.6%，每生產(chǎn)一噸合格鋼 水相應會排放16kg的粉塵。全國每年生產(chǎn)6億噸粗鋼，估計每年會產(chǎn)生950萬噸粉塵。電 爐粉塵中全鐵含量約為40%、含鋅量約為10%，可見全國每年950萬噸粉塵中尚有鐵元素 約為400萬噸/年、鋅元素100萬噸/年，這對我國來說，是非常巨大的資源。然而，在現(xiàn)有 的技術(shù)條件下，這些資源未能全部回收再利用，而且形成了污染環(huán)境的廢棄物。目前，粉塵的主要處理方法包括(1)安全填埋法，將粉塵進行簡單處理后，送入 安全填埋場填埋，土地成本高、處理能力有限，無法實現(xiàn)重金屬資源的循環(huán)利用；(2)固化 與穩(wěn)定化法，包括水泥固化法和藥劑固化法，水泥固化技術(shù)是將廢棄物與水泥混合，經(jīng)水 化反應后形成水泥固化體，降低有害元素浸出，藥劑固化技術(shù)是利用化學藥劑通過化學反 應使有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性及低毒性物質(zhì)，雖然在某種程度上降低了重 金屬的浸出性，但重金屬資源沒有得到充分的回收利用；(3)濕法處理/提取工藝，鋅鉛浸 出率較低，浸渣難以作為鋼廠原料循環(huán)使用，浸出劑消耗較多，成本較高，且處理過程中引 入硫、氯等易造成新的環(huán)境污染；(4)火法處理工藝，主要是Waelz回轉(zhuǎn)窯類處理工藝和 Inmetco環(huán)形爐類處理工藝，能去除Zn、Pb等重金屬，同時伴隨產(chǎn)生鐵碳共生體，但加入粘 結(jié)劑、煤粉造球后，氣-固反應表面積降低、球中平均鐵品位降低、產(chǎn)品中帶有大量的非鐵 物質(zhì)、還原后物料還需破碎_細磨-分離處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出將電爐粉塵看作資源的理念，指出電爐粉塵中含有40%左右的鐵元 素以及10%左右的鋅元素，不適合直接用于傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)工藝，換向思維將電爐粉塵 視為鐵和鋅的共生資源，分別將鐵元素和鋅元素分離提出。因此提出了 “電爐粉塵精細還 原”的概念即采用精細還原技術(shù)將電爐粉塵中的鐵元素和鋅元素予以還原，采取不熔融的 分離、提取技術(shù)分別將電爐粉塵中可貴的金屬資源鐵元素和鋅元素進行分離、富集，分別獲 得金屬鐵和鋅/氧化鋅。一種電爐粉塵制備金屬鐵及鋅/氧化鋅的方法，其特征是按“電爐粉塵一精細還 原一磁選分離一鋅/氧化鋅富集回收”的再資源化工藝路線，將電爐粉塵中的鐵元素和鋅元 素予以還原，采取不熔融的分離、提取技術(shù)分別將電爐粉塵中鐵元素和鋅元素進行分離、富 集，分別獲得金屬鐵和鋅/氧化鋅。如上所述電爐粉塵精細還原技術(shù)是將電爐粉塵在910 1010°C溫度和純H2或 100% CO氣氛下進行精細還原，精細還原過程的參數(shù)控制為
(1)還原溫度910 1010°C ；(2)還原氣氛純 H2 或 100% CO ；(3)還原時間2 4h。如上所述電爐粉塵精細還原產(chǎn)物磁選分離技術(shù)是電爐粉塵精細還原產(chǎn)物進行濕 法磁選，分別獲得磁性富鐵物料及非磁性物料。濕法磁選過程的參數(shù)控制為(1)磁鐵磁感強度50 IOOmT ；(2)攪拌時間1 5min/次；(3)攪拌次數(shù)7 10次。如上所述鋅/氧化鋅富集回收技術(shù)是電爐粉塵在910 1010°C溫度和純H2或 100% CO氣氛下經(jīng)精細還原，鋅元素被還原成金屬鋅揮發(fā)出，與粉塵中其他元素分離；經(jīng)收 集裝置將粉塵中揮發(fā)出的鋅元素富集起來，可獲得品位較高的鋅或氧化鋅。一種與上述工藝配套使用的電爐粉塵精細還原裝置，如附圖1所示，主要包括1 氮氣源，2氫氣源，3 二氧化碳氣源，4煤氣重整裝置，5流量計，6氣體混合室，7電阻爐，8控 制柜，9坩堝，10除塵裝置，H2還原時，使用氮氣源1和氫氣源2 ；CO還原時，使用氮氣源1、 二氧化碳氣源3和煤氣重整裝置4。對于上述電爐粉塵精細還原過程，通過流量計控制氮 氣、氫氣或二氧化碳的流量，坩堝置于管式電阻爐內(nèi)，電爐粉塵放在坩堝內(nèi)通入氫氣或一氧 化碳，在非熔融狀態(tài)下將鐵元素和鋅元素予以還原。本發(fā)明優(yōu)點是提出將電爐粉塵看作資源的理念，將其視為鐵和鋅的共生資源，實 現(xiàn)電爐粉塵的再資源化利用，在將電爐粉塵進行有效消納處理的同時更能取得良好的經(jīng)濟 效益。按本發(fā)明工藝路線處理電爐粉塵，可分別獲得金屬鐵和鋅/氧化鋅，實現(xiàn)了資源的有 效回收利用，過程能耗低、物耗低、無環(huán)境污染。


圖1為電爐粉塵精細還原裝置示意圖注圖中1氮氣源，2氫氣源，3 二氧化碳氣源，4煤氣重整裝置，5流量計，6氣體混 合室，7電阻爐，8控制柜，9坩堝，10除塵裝置。圖2為電爐粉塵的原始粒度分布情況注圖中q為粒度分布；Q為累積分布。圖3為還原產(chǎn)物的粒度分布情況注圖中q為粒度分布；Q為累積分布。
具體實施例方式本發(fā)明的實施內(nèi)容是將天津鋼管集團股份有限公司的典型電爐粉塵試樣，共 IOkg(TFe = 37. 5%、FeO = 1. 52%, ZnO = 12. 84% )按本發(fā)明工藝進行再資源化處理(1)電爐粉塵精細還原將電爐粉塵在910 1010°C溫度和純H2或100% CO氣氛 下進行精細還原，精細還原過程的參數(shù)控制為1)還原溫度910、1010°C ；2)還原氣氛純H2或100% CO ；3)還原時間2、4h。
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電爐粉塵經(jīng)精細還原后，金屬化率達到95%以上，有99%以上的Zn元素被還原后 揮發(fā)出，殘渣中Zn/ZnO < 0. 1 % ；且精細還原后電爐粉塵的還原產(chǎn)物仍為粉狀，顆粒間并未 發(fā)生燒結(jié)，如附圖2、3所示，可采用物理方法將鐵元素與其他雜質(zhì)元素進一步分離。(2)電爐粉塵精細還原產(chǎn)物磁選分離電爐粉塵精細還原產(chǎn)物進行濕法磁選，分 別獲得磁性富鐵物料及非磁性物料。濕法磁選過程的參數(shù)控制為1)磁鐵磁感強度50mT ；2)攪拌時間5min/次；3)攪拌次數(shù)7次。電爐粉塵經(jīng)精細還原后進行濕法磁選，分別獲得富鐵物料4. 1kg、占70%，其中全 鐵TFe = 95%,MFe = 90%;非磁性物料1.7kg、占30%。兩類產(chǎn)物中殘余Zn量都很低，不 足 0. 1%。(3)鋅/氧化鋅富集回收電爐粉塵在910°C溫度和純H2或100% CO氣氛下經(jīng)精 細還原，鋅元素被還原成金屬鋅揮發(fā)出，與粉塵中其他元素分離；經(jīng)收集裝置將其富集，得 到Zn/ZnO > 90%的富鋅物料1. 5kg。按本發(fā)明工藝路線對天管的典型電爐粉塵試樣(共IOkg)進行再資源化處理，分 別獲得了 TFe > 95%的金屬鐵4. Okg以及Zn/ZnO > 90%的富鋅物料1. 5kg，實現(xiàn)了電爐粉 塵的再資源化利用。
權(quán)利要求
一種電爐粉塵制備金屬鐵及鋅/氧化鋅的方法，其特征是按“電爐粉塵→精細還原→磁選分離→鋅/氧化鋅富集回收”的再資源化工藝路線，將電爐粉塵中的鐵元素和鋅元素予以還原，采取不熔融的分離、提取技術(shù)分別將電爐粉塵中鐵元素和鋅元素進行分離、富集，分別獲得金屬鐵和鋅/氧化鋅。
2.如權(quán)利要求1所述電爐粉塵制備金屬鐵及鋅/氧化鋅的方法，其特征是電爐粉塵精 細還原技術(shù)是將電爐粉塵在910 1010°C溫度和純H2或100% CO氣氛下進行精細還原， 精細還原過程的參數(shù)控制為(ι)還原溫度9io ioio°c ；(2)還原氣氛純H2或100%CO ；(3)還原時間2 4h。
3.如權(quán)利要求1所述電爐粉塵制備金屬鐵及鋅/氧化鋅的方法，其特征是電爐粉塵精 細還原產(chǎn)物磁選分離方法是電爐粉塵精細還原產(chǎn)物進行濕法磁選，分別獲得磁性富鐵物 料及非磁性物料；濕法磁選過程的參數(shù)控制為(1)磁鐵磁感強度50 IOOmT；(2)攪拌時間1 5min/次；(3)攪拌次數(shù)-J 10次。
4.如權(quán)利要求1所述電爐粉塵制備金屬鐵及鋅/氧化鋅的方法，其特征是所述鋅/氧 化鋅富集回收技術(shù)是電爐粉塵在910 1010°C溫度和純H2或100% CO氣氛下經(jīng)精細還 原，鋅元素被還原成金屬鋅揮發(fā)出，與粉塵中其他元素分離；經(jīng)收集裝置將粉塵中揮發(fā)出的 鋅元素富集起來，能獲得品位較高的鋅或氧化鋅。
全文摘要
本發(fā)明屬于固體廢棄物再資源化利用領(lǐng)域，特別是提供一種以電爐粉塵為原料制備金屬鐵及鋅/氧化鋅的方法。其特征是按“電爐粉塵→精細還原→磁選分離→鋅/氧化鋅富集回收”的再資源化工藝路線，將電爐粉塵中的鐵元素和鋅元素予以還原，采取不熔融的分離、提取技術(shù)分別將電爐粉塵中鐵元素和鋅元素進行分離、富集，分別獲得金屬鐵和鋅/氧化鋅。工藝過程的參數(shù)控制為(1)精細還原溫度910～1010℃；還原氣氛純H2或100％CO；(2)磁選分離過程磁鐵磁感強度50～100mT。本發(fā)明優(yōu)點是實現(xiàn)了資源的有效回收利用，過程能耗低、物耗低、無環(huán)境污染。
文檔編號C22B19/00GK101914685SQ20101025704
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者劉潤藻, 孫靈芝, 張顏庭, 李士琦, 汪玉嬌, 沈平, 王玉剛, 金曉輝, 陳培鈺, 高金濤 申請人:北京科技大學